频率-空间域有限差分法叠前深度偏移

为了处理横向强变速介质中的深度成像问题 ,本文提出一种基于共炮道集的优化系数的傍轴近似方程叠前深度偏移算子 ,并在基于反射系数估算的成像条件下 ,可实现叠前深度偏移成像 .该算子具有方程阶数低且能对陡倾角成像的特征 ,并采用有限差分法波场延拓 ,能适应速度场的任意变化 .当在频率 -空间域进行计算时 ,相对于纯粹的时间 -空间域有限差分算法有计算效率高、成像方便的优点 .脉冲响应测试和对Marmousi模型进行的叠前深度偏移结果表明 。

双相介质中地震波的频率-空间域数值模拟

本文利用优化的25点频率一空间域有限差分算法对基于BISQ模型双相各向同性介质中的地震波进行了数值模拟.通过与经典的Biot模型理论模拟结果进行对比,分析了Biot流动(宏观流体流动)和Squirt流动(微观流体流动)耦合作用对地震波在孔隙介质中传播特性的影响.数值模拟在地震频段进行,结果显示:在理想相界和黏滞相界情况下,Squirt流动机制都比Biot流动机制产生了更大的速度频散和能量衰减.其中,在Biot流动和Squirt流动耦合作用下的快P波的速度和振幅小于仅考虑Biot流动影响下快P波速度和振幅,而且慢P波的衰减也更加强烈.本文还研究了地震波在双层双相各向同性介质分界面处的反射和透射特征,双相介质中波的反射与透射现象类似于单相介质的情况.模拟结果表明,利用优化25点频率-空间域有限差分法模拟双相孔隙介质中的地震波场是可行的,这为开展双相孔隙介质全波形反演问题的研究提供了可能.

TTI介质弹性波频率-空间域有限差分数值模拟

由周期性薄互层引起的VTI介质是研究比较广泛的一类各向异性介质。当VTI介质对称轴偏离垂向,本构坐标系与观测坐标系不重合时,会形成观测坐标系下的TTI介质。引入25点优化差分算子,推导出二维TTI介质频率域弹性波动方程;为压制边界反射,采用完全匹配层法吸收边界条件,并计算出优化差分系数;最后采用集中力源,模拟了弹性波在TTI介质中的传播过程。从波场快照和地面共炮记录可以看出,笔者采用的数值模拟算法能有效压制数值频散。TTI介质中的波场传播比较复杂,纵波传播相对稳定,横波波前的三分叉现象比较明显,并存在振幅奇异性。当VTI介质的对称轴偏转后,还会增加地面地震记录的复杂性。

VTI介质频率-空间域准P波正演模拟

本文从VTI介质弹性波波动方程出发,借助VTI介质弹性参数和Thomsen参数,结合Kelvin-Christoffel方程,推导了VTI介质中准P波波动方程,并对VTI介质准P波进行了正演模拟。在正演模拟中,为了克服常规差分算子的数值频散,采用了25点优化差分算子;再依据最优化理论求取的优化系数建立了频率-空间域中准P波波动方程的差分格式;为了消除人为边界反射,根据特征分析方法并利用Kelvin-Christoffel方程,构建了VTI介质中准P波方程在不同边界和角点处的边界条件;再由准P波波动方程和边界条件,通过频率-空间域有限差分法,对准P波在均匀VTI介质、层状VTI介质和凹陷模型中的传播过程进行了数值正演模拟。通过正演模拟,得到了单频波波场、时间切片和共炮点记录,为研究地震成像及反演等提供了依据。

标量地震波频率-空间域有限差分法数值模拟

讨论了频率-空间域优化有限差分算子地震波场模拟方法。推导了频率-空间域双程波高阶有限差分算子,计算了9点有限差分系数;提出了一种节省内存的存储策略,对稀疏矩阵和稀疏矩阵LU分解后的矩阵采用了节省内存的存储策略,使内存空间的需求量大幅度降低,可以利用本方法进行具有生产规模的地震波正演模拟;推导了依赖于频率的最佳匹配层吸收边界条件,获得了很好的吸收效果。洼陷模型和Marmousi模型数值模拟试验表明,方法可行且有效,在节约计算机资源的同时,计算精度也能得到保证。

基于加权平均导数的频率-空间域正演模拟及GPU实现

传统基于旋转坐标系的频率-空间域正演模拟方法仅适用于方形网格,而实际生产中矩形网格广泛存在,本文提出一种适用性广的正演差分算子,不仅适用于方形网格而且适用于矩形网格.通过综合运用平均导数法、加速项加权平均、模拟退火法压制频散和减少单个波长所需网格点数,从而提高算法精度和减少计算量.在该方法的基础上采用不完全LU分解作为求解Helmholtz方程的预条件,并利用图形处理器加速计算速度,很大程度上提高了频率域正演的效率.

任意广角波动方程频率-空间域叠前深度偏移成像

波动方程叠前偏移成像是实现精细勘探和解决复杂油气藏勘探的关键技术。本文在任意广角波动方程研究基础上,推导了频率—空间域任意广角波动方程,并利用有限差分高阶分裂法求解,从而设计实现了一种新的波动方程叠前偏移成像算法。脉冲响应测试表明,优化系数任意广角波动方程具有阶次低且能对陡倾角成像的特征。Marmousi模型深度偏移试验及与现有方法对比表明,该方法能够在具有强横向速度变化和陡倾角地质结构情况下取得好的成像效果。与纯粹时间—空间域任意广角方程偏移算法相比,该方法有计算效率高的优点。

基于任意广角波动方程的频率-空间域深度偏移方法研究

传统的单程波动方程偏移算法对大倾角成像困难,本文基于时空域任意广角单程声波方程,通过对时间变量进行傅立叶变换得到其频率-空间域形式,利用有限差分进行离散化,设计并实现了频率-空间域有限差分叠后偏移成像算法。模型试算表明,该方法能够通过参数优化使得低阶数算子适应较大倾角地层的偏移成像。

频率-空间域CPML和特征分析法组合边界研究

在地震波场数值模拟过程中,边界反射是影响其模拟结果的一个重要因素。实际地下介质具有各向异性特征,传统的完全匹配层边界(PML)对于小入射角地震波具有良好效果,但该方法并不能有效地吸收低频波和大角度入射波。针对VTI介质边界反射的问题,本文提出在频率-空间域有限差分法数值模拟中采用卷积完全匹配层(CPML)和特征分析法的组合边界条件,并对该组合边界条件进行数值模拟实验和边界反射吸收效果分析,验证所提方法是一种可靠的人工吸收边界条件,能够有效地压制波场模拟过程中产生的边界反射。

基于BISQ模型双相各向同性介质弹性波传播的频率-空间域有限差分模拟

BISQ模型同时包含了合流体孔隙介质中Biot流动和喷射流动两种重要的力学机制.基于BISQ模型的双相各向同性介质弹性波波动方程是一个复变系数偏微分方程组.本文率先建立了该方程的25点频率-空间域有限差分数值解法,在理想相界和黏滞相界情况下,对Biot流动和喷射流动共同作用下的双相各向同性介质中的波传播进行了数值模拟,通过与仅受Biot流动作用下的波场模拟结果的对比,分析了两种机制耦合作用对弹性波传播的影响.同时,本文也研究了波在双层双相各向同性介质分界面处的反射和透射特征.数值模拟结果表明:在Biot流动和喷射流动耦合作用下,双相介质中传播的快P波的速度和振幅都小于仅考虑Biot流动的双相介质中的快P波,且慢P波的衰减也更为强烈,而S波的波速和振幅则无明显差异.这表明局部喷射流动对P波的衰减和频散具有重要影响,而对S波的影响较小;慢P波的强烈衰减使得其在波场快照中无法被观测到,双层双相介质中的波传播现象类似于单相介质的情况.同时本文的研究结果也表明,频率-空间域有限差分法在基于BISQ模型的双相介质中波传播数值模拟中的正确性和有效性,为开展孔隙弹性介质全波形反演问题的研究提供了研究基础.

基于多尺度迭代求解三维频率-空间域声波方程的全波形速度反演研究-理论模型

使用广义最小残量方法迭代求解三维频率-空间域声波方程,反演时使用多尺度、多重网格的策略,探讨了如何快速实现高分辨率的三维频率-空间域迭代法声波全波形速度反演.通过对理论模型进行三维频率-空间域迭代法声波全波形反演数值试验,证实该方法的计算速度快、计算效率高,反演所得速度的分辨率高.从而为基于多尺度迭代求解三维频率-空间域声波方程的全波形速度反演成像打下方法基础.

双复杂介质条件下频率空间域有限差分法保幅偏移

油气勘探的重点正转向复杂地表条件和复杂地质条件的区域.双复杂条件下的叠前深度偏移是解决复杂地表条件和复杂地质构造成像的有效手段.基于"逐步累加"的"直接下延"法是解决复杂地表成像的有效手段,能够较好地消除地形起伏的影响.波动方程频率空间域有限差分(xwfd)叠前深度偏移对介质速度横向变化有较强的适应性,适宜于复杂构造的偏移成像,同其他常规波动方程深度偏移一样,常规的xwfd偏移方法,主要也是针对相位进行波场延拓,没有对振幅做任何处理.我们基于保幅单程波方程,推导出了基于xwfd的保幅波场延拓算子,针对xwfd求解时引入误差的影响,我们在xwfd保幅波场延拓过程中加入了误差补偿,实现了带误差补偿的xwfd保幅偏移.基于带误差补偿的xwfd保幅算子,应用适合起伏地表的直接下延法,对双复杂介质模型和实际资料进行了试算,改善了双复杂介质的成像效果.其中,误差补偿可以在若干个外推步长上进行,所以相对于保幅傅里叶有限差分(ffd)法偏移来说,该方法在改善成像质量的同时,也具有较高的运算效率.

双复杂条件下带误差补偿的频率空间域有限差分法叠前深度偏移

油气勘探的重点正转向复杂地表条件和复杂地质条件的区域.双复杂条件下的叠前深度偏移方法是解决复杂地表条件和复杂地质构造成像的有效手段,基于"逐步累加"的"直接下延"法和"波场上延"法都是解决复杂地表成像的有效手段.波动方程的频率空间域有限差分深度偏移对介质速度横向变化有较强的适应性,适宜于复杂构造的偏移成像.然而,频率-空间域有限差分法求解时引入的误差影响了成像的质量,我们用了带误差补偿的频率-空间域有限差分偏移改善了起伏地表条件下的频空域有限差分偏移质量,对模型和实际资料进行了试算,得到了较好的成像效果.误差补偿可以在若干个外推步长上进行,通过对比分析,我们发现,相对于基于起伏地表的傅立叶有限差分法偏移来说,该方法在改善起伏地表条件下偏移成像质量的同时,也具有较高的运算效率.

黏弹性VTI介质频率空间域准P波正演模拟

有限差分方法是波场数值模拟的一个重要方法,时间域有限差分计算方法因按时间片递推计算,每个时间片的舍入误差会累积到下一片中,当时间片较多,最终会导致累积误差太大.而频率域计算是按频率片对空间网格进行整体求解方程组,其计算误差分配到了每个网格点上,并且各个频率片之间是独立计算的,因此不存在累计误差,而且在频率-空间域更易于模拟黏弹各向异性介质的衰减,同时采用25点优化差分算子克服了常规差分算子的数值频散.本文首先推导了黏弹性VTI介质的频率-空间域准P波波动方程,在此基础上,利用25点优化差分算子构造了差分格式,实现了频率空间域的正演模拟.并以断层模型为例,模拟并对比分析了利用弹性VTI介质波动方程差分格式和利用黏弹性VTI介质波动方程差分格式模拟的井间地震准P波波场记录,得出黏弹性介质地震记录由于衰减振幅相对较小,主频相对较低的结论.

CSC频率—空间域波动方程数值模拟

针对频率—空间域波动方程数值模拟需要巨大内存空间的现状,提出了利用列索引压缩存储(CSC)技术存储大型稀疏非对称复数型的矩阵系数。CSC技术将系数矩阵转化为三个一维数组来存储,分别存储系数非零元素、非零元素对应所在的行以及每列起始非零元素所在位置。经CSC技术压缩存储后显著减少了内存空间及计算量,在计算时只有少许的非零元素参加计算,且根据三个一维数组可以简便地找到对应的非零元素,进而采用LU分解快速而精确地求解。本文基于Jo等提出的最优化9点差分方法,首次应用CSC技术在频率—空间域进行二维声波方程数值模拟。通过对Corner-edge模型和二维Marmousi模型进行试算,可以显著节省内存需求,明显提高计算速度,进而得到精度较高的正演结果。

频率—空间域叠前数据规则化技术研究及其应用

地震数据采集过程中的空间采样通常是高度不规则的,因而引起地震数据成像结果不能准确反映地下地质构造形态和物性变化规律,必须在处理阶段予以消除。总结以往的数据规则化方法在实际应用中都存在一些弊端。研究了频率—空间域叠前数据规则化方法,该方法采用加权处理的思路,利用辛格函数算子对叠前数据在频率—空间域进行自适应插值处理,通过相邻地震道加权得到规则的地震数据。该方法在实际的浅层地震资料处理中见到了良好效果,处理后CRP道集振幅关系保持良好,很好地满足了叠前反演和AVO分析的需求。

基于f-x域流式预测滤波器的地震随机噪声衰减方法

随机噪声的影响在地震勘探中是不可避免的,常规的随机噪声压制方法在处理中往往会破坏具有时空变化特征的非平稳有效地震信号,影响地震数据的准确成像.当前油气勘探的目标已经转变为“两宽一高”,随着数据量的增大,对去噪方法的处理效率也提出了更高的要求.因此,开发高效的非平稳地震数据随机噪声压制方法具有重要意义.预测滤波技术广泛用于地震随机噪声的衰减,本文基于流式处理框架提出一种新的f-x域流式预测滤波方法,通过在频率域建立预测自回归方程,运用直接复数矩阵逆运算代替迭代算法求解非平稳滤波器系数,实现时空变地震同相轴预测,提高自适应预测滤波的计算效率.通过与工业标准的FXDECON方法和f-x域正则化非平稳自回归(RNA)方法进行对比,理论模型和实际数据的测试结果表明,提出的f-x域流式预测滤波方法能更好地平衡时空变有效信号保护、随机噪声压制和高效计算三者之间的关系,获得合理的处理效果.

二维时间空间域和频率空间域声波全波形速度反演方法的对比研究

本文将二维时间空间域和频率空间域声波全波形速度反演方法分别应用到Marmousi模型,进行数值试验.两种方法均采用相同的观测系统和其他的参数,理论模型的数值试验结果证实了:使用较多的计算集群的CPU进行二维频率空间域直接法声波全波形反演时,其加速有限(正演数值模拟的计算量主要用于稀疏矩阵的LU分解,炮点计算波场时为线性关系).二维时间空间域声波全波形反演计算时更灵活,多炮同时计算时,可以多倍提高其计算效率;二维声波全波形速度反演时,直接法求解频率空间域的计算速度远快于时间空间域,所需要的计算机内存也比时间空间域少.二维声波全波形速度反演时,相比较于时间空间域的方法,频率空间域直接法声波全波形反演具有计算速度快和节省计算机内存需求的优势.

任意广角波动方程深度偏移参数优化分析

强横向变速和陡倾角介质的成像问题是地震偏移成像的难点。本文在频率-空间域利用有限差分高阶分裂法求解任意广角波动方程实现了地震偏移成像。试验表明,参考速度的选取是影响成像精度的关键因素。脉冲响应测试表明通过优化参数任意广角波动方程能够以较低阶的方程获得较大的偏移角度。Marmousi模型数据叠前深度偏移试验表明,该方法能够适应强横向变速和陡倾角地质结构的成像,参数优化后能够取得更好的成像效果。

碳酸盐岩区单程波方程保幅叠前深度偏移

本文首先细致分析了保幅偏移方程各项的物理含义;然后介绍了理论反射系数的计算以及近似表达式;通过简单模型的计算,对比了成像结果与理论反射系数间的关系;最后将单程波保幅偏移技术应用于中国南方A探区碳酸盐岩地震资料的处理,实际处理结果表明本文方法对碳酸盐岩区地震资料的深层能量进行了有效补偿,中、深层信息更加丰富,可为AVO异常测定提供高质量的CIP道集。